(57)【要約】      （修正有）【課題】平面上を二次元可動する物体の一方の軸方向の位置を検出する際に、他方の軸方向の動作による影響を受けることのない、高精度の位置検出を可能とする位置検出装置を提供する。【解決手段】固定部材３２と可動部材３３を備える位置検出装置において、固定部材３２の構成要素であるベース板３１３ｄ上に、レール３１３ｅ、３１３ｆを、その延在方向が位置検出方向と直交するように固定する。この２本のレール３１３ｅ、３１３ｆで挟み込むようにホール素子台板３１３ｇを設ける。ホール素子台板３１３ｇは鋼球３１３ｉを介し、２本のレール３１３ｅ、３１３ｆに案内されて位置検出方向と直交する方向にスライド可能である。また可動部材３３の構成要素である可動板３１３ｃ上に、ホール素子３１３ｇを挟み込む位置まで延在する、プッシャ３１３ｋ、３１３ｍを固定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気発生手段と、磁気検出手段と、前記磁気発生手段および磁気検出手段を位置計測対象である可動部材の位置検出方向に相対変位させる相対変位機構とを備え、前記磁気発生手段と前記磁気検出手段とが相対変位する際に前記磁気検出手段から出力される検出信号により前記可動部材の位置を計測する位置検出装置において、
前記相対変位機構は、前記位置検出方向以外の方向への、前記磁気発生手段と前記磁気検出手段との相対変位を規制する規制手段を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記磁気発生手段は、前記位置検出方向にＮ極とＳ極とを配設し、
前記磁気検出手段は、前記Ｎ極とＳ極との間で前記位置検出方向に相対変位するものであり、
前記位置検出方向への前記相対変位の範囲は、前記磁気検出手段の出力する検出信号の出力特性が線形を示す領域内とすることを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
請求項１および２に記載の位置検出装置において、
前記磁気検出手段は、ホール素子または磁気抵抗効果素子であることを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３項のいずれか一項に記載の位置検出装置を二つ有し、一方の位置検出装置の位置検出方向と、他方の位置検出装置の位置検出方向とが互いに直交するように、前記二つの位置検出装置を設けたことを特徴とする二次元位置計測装置。
【請求項５】
請求項４に記載の二次元位置計測装置と、
前記可動部材に保持され、カメラの振れに応じて光軸と直交する面内で二次元移動する振れ補正レンズと、
前記カメラの振れに応じて前記補正レンズを移動する駆動手段とを備えることを特徴とする振れ補正機能付き交換レンズ。
【請求項６】
カメラ本体と、
前記カメラ本体に装着される請求項５に記載の交換レンズと、
前記カメラ本体に設けられ、前記カメラ本体の振れを検出する振れ検出手段とを備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気検出により可動部材の位置を検出する位置検出装置、これを用いた交換レンズおよびカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、磁石とホール素子を利用した位置検出装置が知られている。さらに、この位置検出装置をカメラの振れ補正用の揺動レンズに適用し、振れ補正装置としたものが特許文献１に開示されている。
【０００３】
一般に磁石とホール素子とを用いた位置検出装置では、磁石とホール素子とが位置検出方向のみならず、この方向と直交する方向にも相対変位し、ホール素子出力に誤差成分が重畳し、位置検出精度が低下するという問題があった。そこで、特許文献１の振れ補正装置では、２軸分の位置検出装置を設け、一方の軸方向の位置を検出する際に、他方の軸の位置検出装置の出力を利用して、検出する軸方向の検出信号をオフセットしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３９３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、２方向が相互に影響しあっているため、オフセット量の推定処理が煩雑である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、磁気発生手段と、磁気検出手段と、前記磁気発生手段および磁気検出手段を位置計測対象である可動部材の位置検出方向に相対変位させる相対変位機構とを備え、磁気発生手段と磁気検出手段とが相対変位する際に磁気検出手段から出力される検出信号により可動部材の位置を計測する位置検出装置において、相対変位機構は、位置検出方向以外の方向への、磁気発生手段と磁気検出手段との相対変位を規制する規制手段を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の位置検出装置において、磁気発生手段は、位置検出方向にＮ極とＳ極とを配設し、磁気検出手段は、Ｎ極とＳ極との間で位置検出方向に相対変位するものであり、位置検出方向への相対変位の範囲は、磁気検出手段の出力する検出信号の出力特性が線形を示す領域内とすることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１および２に記載の位置検出装置において、磁気検出手段は、ホール素子または磁気抵抗効果素子であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明による二次元位置計測装置は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の位置検出装置を二つ有し、一方の位置検出装置の位置検出方向と、他方の位置検出装置の位置検出方向とが互いに直交するように、二つの位置検出装置を設けたことを特徴とする。
請求項５に記載の発明による振れ補正機能付き交換レンズは、請求項４に記載の二次元位置計測装置と、可動部材に保持され、カメラの振れに応じて光軸と直交する面内で二次元移動する振れ補正レンズと、カメラの振れに応じて補正レンズを移動する駆動手段とを備えることを特徴とする。
請求項６に記載の発明によるカメラは、カメラ本体と、カメラ本体に装着される請求項５に記載の交換レンズと、カメラ本体に設けられ、カメラ本体の振れを検出する振れ検出手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高精度な位置検出装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１〜６により本発明による振れ補正機能付きカメラの一実施の形態を説明する。
図１に示すように、１０はカメラ本体、３０はレンズ鏡筒、４０は撮像素子である。レンズ鏡筒３０内には、振れ補正ユニット３１が設けられている。振れ補正ユニット３１は、撮影時のカメラに発生するピッチングとヨーイング（以下、カメラの振れと呼ぶ）による像ブレを光学的に補正するものである。そのため、カメラ本体１０には、カメラの振れを検出する角速度センサ（ジャイロ）１１Ｘ、１１Ｙが設けられている。
【０００９】
図２（ａ）、（ｂ）に詳細に示すように、振れ補正ユニット３１は、補正レンズ３１１と、ジャイロ１１Ｘ、１１Ｙで検出したカメラの振れに応じて補正レンズ３１１を２次元移動させる補正アクチュエータ３１２Ｘ、３１２Ｙ（以下、総称して３１２とする）と、補正アクチュエータ３１２により移動した補正レンズ３１１の位置を直交する２方向で検出する位置検出装置３１３Ｘおよび３１３Ｙ（以下、総称して３１３とする）とを備えている。
【００１０】
補正アクチュエータ３１２は、図２（ｂ）に示すように、コイル３１２ａ、磁石３１２ｂ、およびヨーク３１２ｃからなるボイスコイルモータである。位置検出装置３１３は、磁石３１３ａ、ホール素子３１３ｂ、およびヨーク３１３ｃを備える磁気センサであり、補正レンズ３１１の一方向の位置を検出する。
【００１１】
図１に示すように、ジャイロ１１Ｘ、１１Ｙの振れ検出信号、位置検出装置３１３の位置検出信号は、カメラ本体１０内に設けられるＣＰＵ１２に入力され、ＣＰＵ１２は、振れが補正されるように、ＶＣＭドライバ１３を介して補正アクチュエータ３１２を駆動する。
【００１２】
なお、図２（ａ）、（ｂ）において、３２は固定部材、３３は可動部材であり、固定部材３２はレンズ鏡筒の筒体と一体の部材であり、可動部材３３は補正レンズ３１１とともに移動する部材である。
【００１３】
位置検出装置３１３について図３を参照してさらに詳細に説明する。（ａ）は上面から見た図であり、図中のア‐イ断面を示す略図が（ｂ）、ウ‐エ断面を示す略図が（ｃ）である。位置検出装置３１３は、振れ補正レンズ３１１に接続されて可動する可動部材３３側と、カメラボディーに固着される固定部材３２側から構成される。図中に太線で描かれているものが可動部材３３側、細線で描かれているものが固定部材３２側に相当する。
【００１４】
固定部材３２に接続されているベース板３１３ｄには、レール３１３ｅ，３１３ｆが固定されている。この２本のレールの延在方向は、位置検出方向と直交する方向に設定されている。２本のレール３１３ｅ、３１３ｆで挟み込むようにホール素子台板３１３ｇが設けられる。このホール素子台板３１３ｇ上の中央に、内部にホールセンサ３１３ｈを封入したホール素子３１３ｂが固定されている。ホール素子台板３１３ｇは、鋼球３１３ｉを介してレール３１３ｅ、３１３ｆに案内されて位置検出方向と直交する方向にスライド可能である。ホール素子台板３１３ｇとベース板３１３ｄは、ベース板３１３ｄにあけられた穴３１３ｐを通る付勢スプリング３１３ｊで繋がっている。付勢スプリング３１３ｊは図３（ｃ）のような傾きで取り付けられており、ホール素子台板３１３ｇは、鋼球３１３ｉを介してベース板３１３ｄとレール３１３ｅに押しつけられている。このようにして、ホール素子台板３１３ｇ、すなわちホール素子３１３ｂがレール３１３ｅに沿って可動な構造となっている。
【００１５】
ホール素子台板３１３ｇは、図３（ｃ）に示すように鋼球３１３ｉを介してベース板３１３ｄとレール３１３ｅにスプリングで付勢されており、ホール素子台板３１３ｇはレール３１３ｅのガイド面に沿って動くことから、レール３１３ｅのガイド面は精度良く加工されていることが好ましい。
【００１６】
可動部材３３には、振れ補正レンズ３１１と接続された可動板３１３ｃが一体とされ、この可動板３１３ｃにヨーク３１３ｕと磁石３１３ａとがホール素子３１３ｂと対向して固着されている。この磁石３１３ａは、図３（ａ）、（ｃ）に示すように、位置検出方向に所定の間隔をあけて着磁されている。つまり、Ｎ極Ｓ極間に非着磁領域ＮＭが設けられており、相対変位するホール素子は、位置検出方向に略リニアな磁束密度変化を示す検出信号を出力する。
【００１７】
可動板３１３ｃには、ホール素子台板３１３ｇを挟み込むような位置まで延在する、プッシャ３１３ｋ，３１３ｍが固定されている。この２つのプッシャ３１３ｋ、３１３ｍとホール素子台板３１３ｇとの間には、可動板３１３ｃが位置検出方向へ移動する時の抵抗とならない程度の隙間が設けられている。プッシャ３１３ｋ、３１３ｍとホール素子台板３１３ｇとの間にリニアベアリングを介装して、位置検出方向移動時の抵抗とならないようにしてもよい。
【００１８】
次に、位置検出装置３１３による可動部材３３の位置検出動作を説明する。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ホール素子３１３ｂの真上の位置に検出可能な磁場がゼロとなる磁石中心があるとする。位置検出装置３１３は、この時のホール素子出力を基準とし、ホール素子出力の差分から、可動板３１３ｃに固定された磁石３１３ａの位置、すなわち振れ補正レンズ３１１の位置検出方向における位置を判定する。図５がホール素子３１３ｂの検出方向位置とホール素子出力を示すグラフである。実際は、そのグラフの直線の領域を位置検出領域として使用する。
【００１９】
ここで、上述したプッシャ３１３ｋ、３１３ｍの技術的意義について説明する。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のように、可動板３１３ｃがベース板３１３ｄに対して、位置検出方向に直交する方向に移動したとする。なお、可動板３１３ｃの動きによってホール素子３１３ｂと磁石３１３ａの鉛直方向距離は変化しない。この時、ベース板３１３ｄ上のホール素子台板３１３ｇはレール３１３ｅおよび３１３ｆに挟まれて位置検出方向には自由度がないため、ホール素子３１３ｂと磁石３１３ａは位置検出方向の移動量に等しい位置ズレを起こす。すなわち、両者は相対変位する。同時に位置検出方向に直交する方向には、ホール素子台板３１３ｇは可動板３１３ｃに固定されたプッシャ３１３ｋ、３１３ｍに押されてレール３１３ｅに沿って図４の上方向に移動するため、位置検出方向に直交する方向にはホール素子３１３ｂと磁石３１３ａは位置ズレを起こさない。すなわち、この方向には両者は相対変位しない。
【００２０】
以上のように、可動板３１３ｃがベース板３１３ｄに対して水平面内を２次元移動する場合であっても、位置検出方向への移動のみがホール素子３１３ｂと磁石３１３ａの相対位置を変え、位置検出方向と直交する方向への移動ではホール素子３１３ｂと磁石３１３ａの相対位置は変わらない。したがって、振れ補正レンズ３１１が平面内を２次元移動した場合においても、位置検出方向の移動量のみがホール素子出力の変化となり、２次元移動による位置検出誤差は生じない。そのため、振れ補正レンズ３１１の正確な位置検出が可能となり、高精度な振れ補正を可能としている。
【００２１】
図６は、プッシャ３１３ｋ、３１３ｍがない従来の位置検出装置において、磁石とホール素子が検出方向と直交する方向に相対移動した場合のホール素子出力を示す。図６からわかるように、検出方向と直交する方向に磁石とホール素子が相対変位すると、ホール素子出力が誤差成分を含むことになる。この点、上記実施の形態では、検出方向と直交する方向には磁石とホール素子とが相対移動せず、このような誤差成分を含まない。
【００２２】
なお、プッシャ３１３ｋ，３１３ｍがホール素子台板３１３ｇを押して移動させる動作は、プッシャ３１３ｋ、３１３ｍがレール３１３ｅ，３１３ｆ間隔内にある状態に限られるが、振れ補正に必要なレンズ移動距離は１ｍｍ〜２ｍｍと比較的小さいため、それよりもレール間隔もしくはホール素子台板３１３ｇを大きく設定すればよい。
【００２３】
なお、図７に示すように、上記の位置検出装置３１３Ｘ、３１３Ｙを、レンズ鏡筒内に１箇所に集めて取り付けてもよい。また、以上の説明では、プッシャ３１３ｋ、３１３ｍにより、可動板３１３ｃとベース板３１３ｄは、位置検出方向に直交する方向には相対変位しないように構成した。しかし、その非検出方向に両者が多少相対変位しても、検出信号に含まれる誤差成分が検出精度に対し支障がない範囲内であれば、上記非検出方向にガタがあってもよい。
【００２４】
なお、本実施の形態の説明では、可動板側に磁石とヨークとを固定し、ベース板側にホール素子を設置したが、可動板側にホール素子を固定し、ベース板側に磁石とヨークとを設置する構成とすることも可能である。また、ホール素子を用いたが、磁気抵抗効果素子を用いてもよい。Ｎ極Ｓ極間に非着磁領域を持つ一体のマグネットとして記載したが、２つのＮ極側磁石とＳ極側磁石を、間隔を設けて近接配置する構成をとることもできる。さらに、プッシャ３１３ｋ、３１３ｍを用いたが非検出方向への相対変位を規制するものであれば、上記実施の形態のものに限定されない。
【００２５】
上記実施の形態では、本発明の位置検出装置を、振れ補正機能付きカメラの振れ補正レンズに利用する例を説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はなく、あらゆる移動体の位置検出にも応用できる。つまり、位置検出軸とは異なる他の軸に振れる可能性のある移動体の一軸方向の移動位置を高精度で検出するあらゆる場合に適用することができる。また、二次元方向の位置検出方向について説明したが、一軸方向のみの位置検出装置にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による振れ補正機能付きカメラの一実施の形態を示す概念図である。
【図２】振れ補正ユニットを説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はア‐イ断面図である。
【図３】位置検出装置の一実施の形態を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はア−イ断面図、（ｃ）はウ−エ断面図である。
【図４】図３の位置検出装置における検出動作を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はア‐イ断面図、（ｃ）はウ‐エ断面図である。
【図５】検出方向のホール出力特性を示すグラフである。
【図６】検出方向と直交する方向のホール出力特性を示すグラフである。
【図７】本発明の位置検出装置の振れ補正ユニットの他の配置例を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  カメラ本体                  １１Ｘ、１１Ｙ  角速度センサ（ジャイロ）
１２  ＣＰＵ                      １３  ＶＣＭドライバ
３０  レンズ鏡筒                  ３１  振れ補正ユニット
３１１  振れ補正レンズ            ３１２  補正アクチュエータ
３１２ａ  コイル                  ３１２ｂ  磁石
３１２ｃ  ヨーク                  ３１３  位置検出装置
３１３ａ  磁石                    ３１３ｂ  ホール素子
３１３ｃ  可動板                  ３１３ｄ  ベース板
３１３ｅ、３１３ｆ  レール        ３１３ｇ  ホール素子台板
３１３ｈ  ホールセンサ・チップ    ３１３ｉ  鋼球
３１３ｊ  スプリング              ３１３ｋ、３１３ｍ  プッシャ
３１３ｐ  穴                      ３１３ｕ  ヨーク
３２  固定部材                    ３３  可動部材
４０  撮像素子                    ＮＭ  非着磁領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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